電氣工程師Stefanos Andreou建造了一種傳感器，其精確度小于原子大小。為了使計(jì)算機(jī)速度更快，您需要更小的芯片。出生于塞浦路斯的博士生斯特凡諾斯·安德魯(Stefanos Andreou)建造了一個(gè)傳感器，可以測(cè)量小于原子寬度的形變。芯片機(jī)械制造商ASML也許可以使用這項(xiàng)技術(shù)來(lái)提高其機(jī)器的精度。

使用ASML的最新機(jī)器，可以生產(chǎn)出計(jì)算機(jī)芯片，其細(xì)節(jié)尺寸不超過(guò)幾納米。當(dāng)您考慮到一毫米內(nèi)可以容納一百萬(wàn)納米時(shí)，這絕非易事。像這樣的芯片上的電路是使用光刻技術(shù)生產(chǎn)的：借助紫外線將圖案蝕刻到硅片上。由于芯片生產(chǎn)需要在彼此之上堆疊多個(gè)圖案，因此硅片(更好地稱為晶圓)的定位非常精確。

博士候選人史蒂芬諾斯·安德魯(Stefanos Andreou)解釋說(shuō)，即使是最輕微的晶片變形也會(huì)引起問(wèn)題。“這些晶片實(shí)際上非常堅(jiān)硬，但是由于它們以如此高的速度移動(dòng)，它們受到重力的作用使它們略微變形。對(duì)這種變形的測(cè)量使ASML可以以某種或其他方式對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償，然后打開(kāi)增加了生產(chǎn)甚至更小的芯片的可能性。” 這促使塞浦路斯人奉獻(xiàn)他的博士學(xué)位。致力于設(shè)計(jì)一種基于玻璃纖維的特殊傳感器，該傳感器能夠測(cè)量每米大約1納米的變形。

非凡的準(zhǔn)確性

這種超高精度傳感器的原理是，可以以非常高的精度測(cè)量激光頻率的偏差(一種被稱為“光纖布拉格光柵”的原理)，這種玻璃纖維經(jīng)過(guò)了多種處理，對(duì)于非常特定的顏色(讀取：頻率)的光變得不透明。這個(gè)諧振頻率，因?yàn)樗环Q為依賴于到其中纖維被拉伸的程度。

因此，安德魯解釋說(shuō)，將光纖布拉格光柵(FBG)應(yīng)用于切屑機(jī)中的運(yùn)動(dòng)部件，可以用作衡量晶圓變形的指標(biāo)。在碩士生Roel van der Zon的協(xié)助下，他本人現(xiàn)在是一名博士學(xué)位。在瓦倫西亞的候選人中，安德烈(Andreou)在實(shí)驗(yàn)室中測(cè)試了基于這種FBG傳感器的測(cè)量系統(tǒng)。“實(shí)際上，ASML需要數(shù)十個(gè)這樣的傳感器，但這沒(méi)問(wèn)題：它們可以廉價(jià)生產(chǎn)并且?guī)缀鯖](méi)有重量。”

這位博士研究生渴望指出，他們達(dá)到的每米5納米的精度意味著在傳感器本身(長(zhǎng)度只有幾厘米)中，可以測(cè)量幾十個(gè)皮克的變形。“那比原子的直徑還小!” 然而，在達(dá)到這種不可能的準(zhǔn)確性之前，必須解決許多問(wèn)題。

溫度

首先，需要先進(jìn)的穩(wěn)定技術(shù)來(lái)確保由安德烈(Andreou)進(jìn)行研究的光子集成研究小組的子公司Smart Photonics生產(chǎn)的光子芯片產(chǎn)生的激光具有正確的頻率。但是，最大的挑戰(zhàn)也許是這樣一個(gè)事實(shí)，即傳感器的共振頻率不僅取決于變形，還取決于溫度。“這種影響實(shí)際上要大得多，”安德魯解釋說(shuō)。“當(dāng)溫度變化千分之一攝氏度時(shí)，會(huì)導(dǎo)致測(cè)量偏差，相當(dāng)于每米變形十納米。”

為了補(bǔ)償不可避免的溫度波動(dòng)，安德烈(Andreou)將用于測(cè)量的激光分為兩個(gè)分量：“對(duì)于每個(gè)分量或偏振態(tài)，光纖在溫度和諧振頻率之間顯示出不同的關(guān)系。” 這抵消了溫度的影響，從而可以非常精確地確定變形。據(jù)該博士生說(shuō)，其準(zhǔn)確度是過(guò)去的十倍。“一旦系統(tǒng)得到充分優(yōu)化，就應(yīng)該可以對(duì)此進(jìn)行改進(jìn)。”

但是，塞浦路斯人本人不再專注于這一挑戰(zhàn)。他現(xiàn)在是代夫特大學(xué)的博士后。“ ASML提供了我項(xiàng)目中使用的一些設(shè)備，現(xiàn)在正在進(jìn)行ASML的后續(xù)項(xiàng)目。因此，我的工作正在繼續(xù)進(jìn)行。”